淺談恒溫晶振（O C X O）精密恒溫箱溫度控制電路分析研究

白叢娟，張 槿

（河北遠東通信系統工程有限公司，石家莊 050000）

1 精密恒溫箱類型

按照控制溫度與室溫的差異，可以將恒溫箱劃分為高溫恒溫箱和低溫恒溫箱；根據控制電路類型的不同又分為連續控制、比例控制、開關式間歇控制恒溫箱；從感溫元件分則為面式恒溫箱和點式恒溫箱。加熱控制型恒溫箱屬于高溫恒溫箱的一種，控制溫度比環境溫度上限略高，由于恒溫槽和放置其他保溫元件和晶體會導致環境溫度惡化，而且自身控制電路溫度產生的波動也能夠具有熱濾波效果。

2 控制電路特點與原理分析

2.1 工作原理

連續式溫度控制其工作原理通過連續的自動補償來彌補恒溫槽熱量的消耗，從一開始的冷狀態開始加熱恒溫槽時，控制電路提供最大的功率，當處于控制溫度接近時會自動減少加熱功率，在達到控制溫度時，會將加熱功率維持平衡功率范圍內，通過加熱功率熱量的產生來使恒溫槽損耗的熱量得到補償。連續式溫度控制電路具有溫度波動小、控制精度高、穩定性高等優點。除此之外，作為感溫元件的鉑絲電橋或者熱敏電橋其所占的體積都很小，可以有效地減小恒溫槽的體積從而使結構更加緊湊，但另一方面也會使得電路更復雜，調試相對更困難。

連續型溫度控制通過自動連續地補償方法來補償恒溫槽中的熱量損失；當恒溫槽冷卻并開始加熱，溫度控制電路即提供最大功率，當溫度接近控制溫度時，加熱功率自動快速降低并保持在平衡加熱功率附近，并且由該加熱功率產生的熱量補償在恒溫槽中的熱量損失。溫度波動小，連續操作的可靠性高，控制精度高是連續式溫度控制電路的優點，除此之外，所使用的溫度傳感元件為溫度敏感電橋或鉑絲電橋、體積小、結構緊湊可以減小恒溫槽的體積。但是相對來說電路復雜程度及相應的難度也會增加。

2.2 典型連續式溫度控制電路

2.2.1 直接放大式

這種類型電路主要由直流功率放大器、直流電壓放大器以及熱敏電阻電橋三個部分組成，只留功率放大器的負載由熱絲RH來充當。在接通電源期間，當恒溫槽內溫度從一開始的冷卻逐漸升高但是在達到控制溫度之前，熱敏電阻的電橋輸出電壓會有失衡現象產生，并且恒溫槽的加熱功率一直處于最大值。輸出電壓開始下降，溫度逐漸升高時，恒溫槽還是保持著最大加熱功率。當恒溫槽中溫度靠近控制閥溫度的范圍之內時，電橋失衡的輸出電壓會慢慢開始降低，隨之而來的是加熱功率的減少。而一旦恒溫槽加熱到控制溫度時，就會造成電橋失衡輸出電壓在經過直流電源與電壓放大作用之后，通過控制經過加熱線的電流I，從而讓電流以恒定的值產生熱量，熱量產生的多少就等于恒溫槽在外部環境下槽中損失的熱量。

電橋失衡輸出電壓ΔE和熱敏電阻RT之間的關系符合克希荷夫律。考慮到溫度達到恒溫槽控制溫度的時候電橋的輸出是最小的。由此可知當電橋達到完全平衡要使電橋的輸出電壓為零，但由于絕緣性能再好的恒溫槽也會有熱量的損耗，因此實際上這種情況不可能發生，最終電橋只可能達到相對平衡的狀態，并以通過放大恒定的ΔE來多電熱絲的電流進行控制，從而達到產生的熱量與恒溫槽損耗的熱量剛好達到平衡。

2.2.2 振蕩式連續溫度控制電路

由橋式反饋振蕩器主要包括熱敏電阻電橋、兩極RC放大器以及一級LC選頻放大器等三個部分。電路的直流部分是將經倍壓整流后，通過交流部分輸出低頻交流信號，以此促進直流電壓放大器與直流功率放大器來實現獲得加熱功率的目標。電橋在恒溫槽處于冷狀態時達到最大失衡，此時交流部分達到最大振幅，這就使得交流電壓經整流轉變成直流電壓，經電壓功率放大器放大后使加熱絲RH的加熱電流I為最大，恒溫槽以最大功率加熱。隨著恒溫槽內溫度上升，放置在爐筒壁中負溫度系數的熱敏電阻RT的阻值變?。ㄈ缬镁o貼在爐筒壁上的正溫度系數的鉑絲則阻值增加），從而達到降低電橋的失衡程度的目標。另外恒溫槽溫度一旦提高到控制溫度，這時電橋有最小的失衡輸出，通過輸出電壓控制加熱絲電流I產生熱量，這種狀態下加熱功率與恒溫槽損耗的功率達到平衡。而當外界因素影響到恒溫槽的控制溫度產生變化時，相應的鉑絲（或熱敏電阻）的阻值也會發生改變，以此協調電橋的失衡程度，然后 通過反饋來對振蕩器的振蕩幅進行控制，最后利用經整流放大后流過加熱絲的電流 來控制相應的加熱功率從而使恒溫槽內的溫度變化得到補償。

3 結束語

與國外先進水平相比，該器件在片式化、微型化、高頻及頻溫特性方面還有一定的差距。要想盡快地減少差距并提高產品的性價比，我們必須在對高性能恒溫槽溫度控制電路進行科學設計的基礎上，進一步改進和提升OCXO的整體性能，準確分析其未來趨勢對于時頻發生器等振蕩器的研究也具有良好的開發應用前景。

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